由于放射性銫(RCs)的半衰期長、放射毒性強、極易在食物鏈中傳遞和積累，環境系統中RCs的遷移、轉化和循環等地球化學過程是放射性污染防控、核環境安全和核應急等領域重點關注的科學問題之一。云母類礦物是控制RCs環境地球化學行為的關鍵因素之一，RCs在云母類礦物表面的吸附過程和微觀機制已較為清楚。但是，云母類礦物風化過程如何調控RCs的環境行為，RCs的吸附過程如何影響云母類礦物結構以及如何響應云母風化過程等問題尚不清楚。這些問題對環境系統中RCs的時空演化、遷移轉化和環境風險的預測及評估造成了挑戰。

中國科學院西北生態環境資源研究院研究員范橋輝研究團隊研究了云母礦物風化和RCs吸附之間的相互作用過程和機制，模擬了云母礦物和銫(Cs)吸附的三種典型反應體系，即(1)云母礦物先風化，后吸附Cs;(2)云母礦物先吸附Cs，后發生風化作用;(3)云母礦物風化和Cs同時發生。科研團隊重點考察不同反應體系中云母礦物結構和Cs的吸附形態的變化規律，闡明了云母礦物結構穩定性與Cs吸附的內在關系，揭示了云母礦物風化和Cs吸附的微觀作用機制(如圖1所示)。研究結果表明，風化作用和Cs吸附的先后次序顯著影響Cs的吸附量、微觀吸附形態和云母礦物的結構穩定性。相比于新鮮云母礦物，體系(1)中Cs的吸附量有所下降，而體系(2)和(3)中Cs的吸附量顯著增大。無論風化和吸附的順序如何，風化作用可促進云母礦物產生更多的強親和力位點，提高Cs在云母礦物表面的強吸附態比例，降低Cs的遷移和轉化能力。Cs在云母礦物層間結構的吸附，可誘導層間結構發生不同程度的塌陷(形成更加穩定的結構)，顯著提升云母礦物的耐風化能力。研究成果進一步完善了RCs在云母類礦物表面的吸附理論，為區域放射性污染治理和防控等提供了理論基礎。

相關研究成果以Interactions between micaceous minerals weathering and cesium adsorption為題，發表在《水研究》(Water Research)上。研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院青年創新促進會、中國科學院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃、自然資源部黃河上游戰略性礦產資源重點實驗室和甘肅省油氣資源研究重點實驗室的支持。

云母風化與Cs吸附相互作用機制圖